Ключови изводи
- Създаването на практични квантови компютри може да зависи от намирането на по-добри начини за използване на свръхпроводящи материали, които нямат електрическо съпротивление.
- Изследователи от Националната лаборатория Оук Ридж са открили метод за намиране на свързани електрони с изключителна прецизност.
- Свръхпроводящите квантови компютри в момента побеждават съперничещите технологии по отношение на размера на процесора.
Скоро може да се появят практични квантови компютри с дълбоки последици за всичко - от откриване на лекарства до разбиване на кодове.
В стъпка към изграждането на по-добри квантови машини, изследователи от Националната лаборатория Оук Ридж наскоро измериха електрическия ток между атомно остър метален връх и свръхпроводник. Този нов метод може да намери свързани електрони с изключителна прецизност в ход, който може да помогне за откриването на нови видове свръхпроводници, които нямат електрическо съпротивление.
„Свръхпроводимите вериги са настоящият фаворит за изграждане на квантови битове (кубити) и квантови врати в хардуера,“Тоби Кюбит, директор на Phasecraft, компания, която изгражда алгоритми за квантови приложения, каза пред Lifewire в имейл интервю. „Свръхпроводящите кубити са електрически вериги в твърдо състояние, които могат да бъдат проектирани с висока точност и гъвкавост.“
Призрачен екшън
Квантовите компютри се възползват от факта, че електроните могат да прескачат от една система в друга през пространството, използвайки мистериозните свойства на квантовата физика. Ако един електрон се сдвои с друг електрон точно в точката, където се срещат метал и свръхпроводник, той може да образува това, което се нарича двойка Купър. Свръхпроводникът освобождава и друг вид частици в метала, известни като отражение на Андреев. Изследователите потърсиха тези отражения на Андреев, за да открият двойки Купър.
Университет Аалто / Хосе Ладо
Учените от Оук Ридж измерват електрическия ток между атомно остър метален връх и свръхпроводник. Този подход им позволява да открият количеството отражение на Андреев, което се връща към свръхпроводника.
"Тази техника установява критична нова методология за разбиране на вътрешната квантова структура на екзотични типове свръхпроводници, известни като неконвенционални свръхпроводници, което потенциално ни позволява да се справим с различни отворени проблеми в квантовите материали", Хосе Ладо, асистент в Университетът Аалто, който предостави теоретична подкрепа на изследването, се казва в съобщение за новини.
Игор Захаров, старши научен сътрудник в Лабораторията за квантова обработка на информация, Skoltech в Москва, каза на Lifewire по имейл, че свръхпроводникът е състояние на материята, при което електроните не губят енергия чрез разпръскване върху ядрата, когато провеждат електрически ток и електрическият ток може да тече непрекъснато.
"Докато електроните или ядрата имат квантови състояния, които могат да бъдат използвани за изчисления, свръхпроводящият ток се държи като макро квантова единица с квантови свойства", добави той. „Следователно ние възстановяваме ситуацията, в която макро състояние на материята може да се използва за организиране на обработката на информация, докато има явни квантови ефекти, които могат да му дадат изчислително предимство.“
Едно от най-големите предизвикателства в квантовите изчисления днес е свързано с това как можем да направим свръхпроводниците да работят още по-добре.
Свръхпроводящото бъдеще
Свръхпроводимите квантови компютри в момента надминават съперничещите технологии по отношение на размера на процесора, каза Кюбит. Google демонстрира така нареченото „квантово надмощие“на 53-кубитово свръхпроводящо устройство през 2019 г. IBM наскоро пусна квантов компютър със 127 свръхпроводящи кубита, а Rigetti обяви 80-кубитов свръхпроводящ чип.
"Всички компании за квантов хардуер имат амбициозни пътни карти за мащабиране на своите компютри в близко бъдеще", добави Кюбит. „Това се дължи на редица постижения в инженерството, които позволиха разработването на по-сложни дизайни на кубити и оптимизация. Най-голямото предизвикателство за тази конкретна технология е подобряването на качеството на гейтовете, т.е. подобряването на точността, с която процесорът може да манипулира информацията и да извърши изчисление."
По-добрите свръхпроводници може да са ключови за създаването на практични квантови компютри. Майкъл Биерчук, главен изпълнителен директор на компанията за квантови изчисления Q-CTRL, каза в интервю по имейл, че повечето съвременни квантови изчислителни системи използват ниобиеви сплави и алуминий, в които свръхпроводимостта е открита през 50-те и 60-те години на миналия век.
„Едно от най-големите предизвикателства в квантовите изчисления днес е свързано с това как можем да направим свръхпроводниците да работят още по-добре“, добави Биерчук. „Например, примесите в химическия състав или структурата на отложените метали могат да причинят източници на шум и влошаване на производителността в квантовите компютри – те водят до процеси, известни като декохерентност, при които „квантовостта“на системата се губи.“
Квантовите изчисления изискват деликатен баланс между качеството на кубита и броя на кубитите, обясни Захаров. Всеки път, когато кубит взаимодейства с околната среда, като например получаване на сигнали за „програмиране“, той може да загуби своето заплетено състояние.
"Въпреки че виждаме малък напредък във всяка от посочените технологични посоки, комбинирането им в добро работещо устройство все още е неуловимо", добави той.
„Светият Граал“на квантовото изчисление е устройство със стотици кубити и ниски нива на грешки. Учените не могат да се споразумеят за това как ще постигнат тази цел, но един възможен отговор е използването на свръхпроводници.
„Увеличаващият се брой кубити в силициево свръхпроводящо устройство подчертава необходимостта от гигантски охлаждащи машини, които могат да управляват големи работни обеми при температура, близка до абсолютната нула“, каза Захаров.
